丘脑室旁核介导褪黑素促睡眠作用的机制研究

Melatonin plays an important role in the rhythmic regulation of sleep. So far, the underlying mechanisms are still unknown. Our previous studies found that the paraventricular thalamus (PVT) is a key brain region for sleep/wake regulation and abundantly express the melatonin receptors. Melatonin could inhibit the excitability of PVT neurons. On this basis, comprehensively using the techniques of morphology, electrophysiology, molecular genetics, and microdialysis, this project intends to further investigate the detailed anatomical relationship between melatonin system and PVT，elucidate the receptor, intracellular signaling pathway and synaptic transmission mechanisms underlying effects of melatonin on PVT neuron excitability, and explore effect of melatonin on PVT-related the sleep/wake behavior. This project aims to further clarify the neural mechanism underlying melatonin system regulation of sleep/wake cycles, and expand our understanding of the mechanism underlying sleep.

褪黑素在睡眠的生物节律性调控中起重要作用，迄今褪黑素调控睡眠的机制尚不清楚。本室前期证实丘脑室旁核（PVT）是睡眠/觉醒调控的关键脑区。PVT神经元内高丰度地表达褪黑素受体，并且褪黑素可抑制PVT神经元的兴奋性。在此基础上，本课题拟综合采用形态学、电生理学、分子遗传学，以及微透析等技术，进一步研究褪黑素与PVT的精细解剖联系；阐明褪黑素对PVT神经元兴奋性调控的受体、胞内信号通路以及突触传递机制；分析褪黑素调控PVT对睡眠/觉醒行为的影响。本项目旨在进一步阐明褪黑素系统调控睡眠的神经机制，拓展人们对睡眠发生机制的认识。

睡眠可维持机体稳态、提高免疫和促进记忆巩固，对于机体健康至关重要。其中，非快速动眼（Non-rapid eye movement，NREM）睡眠状态的启动及维持主要依赖脑内特定的睡眠稳态（主要为腺苷）及节律调控（视交叉上核与褪黑素信号）系统，这些系统可通过体液和神经调节（通过下丘脑视前区、脑干面旁区等GABA能神经元等）的方式广泛抑制脑内的促觉醒系统，进而促进睡眠的发生。在这些促睡眠系统中，褪黑素在睡眠的生物节律性调控中扮演重要角色。丘脑室旁核（Paraventricular thalamus，PVT）在觉醒调控中起重要作用，且PVT神经元高丰度地表达褪黑素受体，但褪黑素是否作用于PVT发挥抑制觉醒作用，其作用机制和生理意义尚不清楚。本项目通过免疫组织荧光技术、膜片钳记录技术、睡眠监测系统及多通道记录等技术具体探讨了褪黑素对PVT神经元的具体作用及相关机制，并在行为水平阐明了褪黑素调控PVT神经元活动对睡眠/觉醒的影响。具体结果如下：（1）PVT内有高丰度的MT1R和MT2R表达，且两种类型受体在不同层面分布不一致；（2）离体膜片钳实验证明褪黑素可显著抑制PVT内神经元的兴奋性，同时利用多通道记录结合脑区微注射，进一步在在体水平证明了褪黑素对PVT神经元放电的抑制效应；（3）褪黑素抑制PVT神经元的活动可促进觉醒向睡眠的转换；（4）PVT内内源性阻断褪黑素信号后促进觉醒；（5）初步发现PVT内注射褪黑素可缓解急性应激造成的觉醒增加。上述结果初步揭示了褪黑素调控PVT促进睡眠的作用机制，为拓展睡眠发生机制的认识提供了重要的实验依据和理论基础，也为睡眠障碍治疗提供新的可能治疗靶点。